PL247123B1

PL247123B1 - Device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field

Info

Publication number: PL247123B1
Application number: PL440691A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek
Original assignee: Univ Lodzki
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2025-05-19
Also published as: PL440691A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do badania kształtu menisku w polu magnetycznym, mający zastosowanie do celów naukowych w laboratoriach, zwłaszcza fizycznych oraz do celów edukacyjnych. Przyrząd składa się z szeregu jednakowych modułów, z których każdy zawiera pionową, przezroczystą, obustronnie zamkniętą kapilarę (1), wykonaną ze szkła i wypełnioną częściowo badaną cieczą, tworzącą menisk w górnej części kapilary (1) i na środkowej części kapilary (1) jest osadzona przezroczysta tulejka (4) z gwintem zewnętrznym, wykonana z poliwęglanu. Dolny koniec kapilary (1) jest zaopatrzony w cylindryczne pokrętło (5) z radełkowaną powierzchnią boczną, wykonane z tekstolitu. Górny koniec kapilary (1) z meniskiem przechodzi przez otwór w dolnym nabiegunniku, połączonym z dolną powierzchnią magnesu trwałego (7), namagnesowanego w kierunku pionowym i wykonanego z materiału o dużej remanencji. Górna powierzchnia tego magnesu jest połączona z górnym nabiegunnikiem (8), przy czym magnes (7) oraz nabiegunniki (8) mają kształt prostopadłościanów. W górnym nabiegunniku (8) znajduje się nagwintowany otwór, współosiowy z kapilarą (1), w który jest wkręcana śruba (9), zakończona u góry radełkowanym łbem (10), a u dołu stożkiem ściętym. Tulejki (4) we wszystkich modułach są wkręcone w nagwintowane otwory poziomej listwy, przymocowanej do pionowej, prostokątnej płyty (13), do której są przymocowane również magnesy trwałe (7) i płyta (13) jest przymocowana od dołu do prostokątnej podstawy (14).The subject of the application is a device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field, applicable for scientific purposes in laboratories, especially physical laboratories, and for educational purposes. The device consists of a number of identical modules, each of which contains a vertical, transparent capillary (1) closed on both sides, made of glass and partially filled with the liquid being tested, forming a meniscus in the upper part of the capillary (1) and a transparent sleeve (4) with an external thread, made of polycarbonate, is mounted on the central part of the capillary (1). The lower end of the capillary (1) is provided with a cylindrical knob (5) with a knurled side surface, made of textolite. The upper end of the capillary (1) with the meniscus passes through an opening in the lower pole piece, connected to the lower surface of a permanent magnet (7), magnetized in the vertical direction and made of a material with high remanence. The upper surface of this magnet is connected to the upper pole piece (8), wherein the magnet (7) and the pole pieces (8) are in the shape of cuboids. In the upper pole piece (8) there is a threaded hole, coaxial with the capillary (1), into which a screw (9) is screwed, ending at the top with a knurled head (10) and at the bottom with a truncated cone. The bushes (4) in all modules are screwed into the threaded holes of the horizontal strip, attached to the vertical, rectangular plate (13), to which the permanent magnets (7) are also attached, and the plate (13) is attached from below to the rectangular base (14).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania kształtu menisku w polu magnetycznym, mający zastosowanie do celów naukowych w laboratoriach, zwłaszcza fizycznych oraz do celów edukacyjnych.The subject of the invention is a device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field, to be used for scientific purposes in laboratories, especially physical laboratories, and for educational purposes.

Z publikacji zatytułowanej „Katalog pomocy naukowych i sprzętu szkolnego”, wydanej przez Wydawnictwo Agpol w Warszawie w 1985 r., jest znany przyrząd do obserwacji menisku, składający się z pięciu obustronnie otwartych rurek kapilarnych o różnych średnicach wewnętrznych, wykon anych z przezroczystego szkła i zamocowanych w pionowym szeregu przez osadzenie ich na wcisk w otworach poziomej listwy drewnianej. Końce tej listwy są oparte na brzegach prostopadłościennego, otwartego od góry naczynia, też wykonanego z przezroczystego szkła i wypełnionego cieczą, w której są zanurzone dolne końce rurek kapilarnych. Działanie przyrządu polega na tym, że dzięki zjawisku włoskowatości, ciecz wznosi się w rurkach kapilarnych na różne wysokości ponad poziom cieczy w prostopadłościennym naczyniu i tworzy w tych rurkach meniski wklęsłe o różnych promieniach. Meniski są obserwowane gołym okiem dzięki przezroczystości rurek. Z tej samej publikacji jest też znany analogicznie zbudowany przyrząd z tą różnicą, że rurki mają tę samą średnicę wewnętrzną, zaś prostopadłościenne naczynie jest podzielone poprzecznymi przegrodami na komory, które są wypełnione do tej samej wysokości różnymi cieczami. Każdy z dolnych końców rurek kapilarnych jest zanurzony w komorze z inną cieczą. Działanie tego przyrządu polega na tym, że ciecze w różnym stopniu zwilżają szkło rurek i przez to tworzą meniski wklęsłe, albo wypukłe oraz wysokości słupków cieczy w rurkach kapilarnych są różne.From the publication entitled "Catalogue of scientific aids and school equipment", published by Wydawnictwo Agpol in Warsaw in 1985, there is a known device for observing the meniscus, consisting of five capillary tubes open on both sides with different internal diameters, made of transparent glass and mounted in a vertical row by pressing them into the holes of a horizontal wooden strip. The ends of this strip are based on the edges of a rectangular, open-topped vessel, also made of transparent glass and filled with a liquid in which the lower ends of the capillary tubes are immersed. The operation of the device is based on the fact that due to the capillary phenomenon, the liquid rises in the capillary tubes to different heights above the level of the liquid in the rectangular vessel and creates concave meniscuses of different radii in these tubes. The meniscuses are observed with the naked eye thanks to the transparency of the tubes. From the same publication, there is also known an analogously constructed device with the difference that the tubes have the same internal diameter, and the cuboid vessel is divided by transverse partitions into chambers, which are filled to the same height with different liquids. Each of the lower ends of the capillary tubes is immersed in a chamber with a different liquid. The operation of this device is that the liquids wet the glass of the tubes to a different degree and thus create concave or convex meniscuses and the heights of the liquid columns in the capillary tubes are different.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania kształtu menisku w polu magnetycznym składa się z szeregu jednakowych modułów, z których każdy zawiera pionową, przezroczystą, obustronnie zamkniętą kapilarę, wykonaną korzystnie ze szkła i wypełnioną częściowo badaną cieczą, tworzącą menisk w górnej części kapilary. Na środkowej części kapilary jest osadzona przezroczysta tulejka z gwintem zewnętrznym, wykonana korzystnie z poliwęglanu. Dolny koniec kapilary jest zaopatrzony w cylindryczne pokrętło z radełkowaną powierzchnią boczną, wykonane korzystnie z tekstolitu. Górny koniec kapilary z meniskiem przechodzi przez otwór w dolnym nabiegunniku, połączonym z dolną powierzchnią magnesu trwałego, namagnesowanego w kierunku pionowym i wykonanego z materiału magnetycznie twardego o dużej remanencji, korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru. Górna powierzchnia tego magnesu jest połączona z górnym nabiegunnikiem, przy czym magnes oraz oba nabiegunniki mają kształt prostopadłościanów. W górnym nabiegunniku znajduje się nagwintowany otwór, współosiowy z kapilarą, w który jest wkręcona śruba, zakończona u góry radełkowanym łbem, a u dołu stożkiem ściętym. Nabiegunniki i śruba są wykonane z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z permaloju. Tulejki we wszystkich modułach są wkręcone w nagwintowane otwory poziomej listwy, przymocowanej do pionowej, prostokątnej płyty, do której są przymocowane również magnesy trwałe i płyta jest przymocowana od dołu do prostokątnej podstawy, przy czym cylindryczne pokrętło, listwa, płyta i podstawa są wykonane z materiału nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. Oprócz tego naprzeciw każdego z menisków jest przymocowana do listwy lupa w postaci soczewki skupiającej, której ogniskowa jest dłuższa, niż odległość środka optycznego tej soczewki od menisku, zaś krawędzie boczne soczewki mają korzystnie kształt prostokąta.The essence of the solution according to the invention is that the device for testing the shape of the meniscus in a magnetic field consists of a number of identical modules, each of which contains a vertical, transparent, double-sided closed capillary, preferably made of glass and partially filled with the tested liquid, forming a meniscus in the upper part of the capillary. A transparent sleeve with an external thread, preferably made of polycarbonate, is mounted on the central part of the capillary. The lower end of the capillary is provided with a cylindrical knob with a knurled side surface, preferably made of textolite. The upper end of the capillary with the meniscus passes through an opening in the lower pole piece, connected to the lower surface of a permanent magnet, magnetized in the vertical direction and made of a magnetically hard material with high remanence, preferably of iron, neodymium and boron sinter. The upper surface of this magnet is connected to the upper pole piece, wherein the magnet and both pole pieces are in the shape of cuboids. In the upper pole piece there is a threaded hole, coaxial with the capillary, into which a screw is screwed, ending at the top with a knurled head and at the bottom with a truncated cone. The pole pieces and the screw are made of a magnetically soft material with high magnetic permeability, preferably permalloy. The bushings in all modules are screwed into the threaded holes of a horizontal strip, attached to a vertical, rectangular plate, to which permanent magnets are also attached and the plate is attached from below to a rectangular base, wherein the cylindrical knob, strip, plate and base are made of a non-ferromagnetic material, preferably textolite. In addition, opposite each meniscus there is attached to the strip a magnifying glass in the form of a converging lens, the focal length of which is longer than the distance of the optical centre of this lens from the meniscus, and the lateral edges of the lens are preferably rectangular in shape.

Główną zaletą rozwiązania według wynalazku jest dodatkowa funkcjonalność, która umożliwia bezpośrednią obserwację działania pola magnetycznego o regulowanej indukcji magnetycznej na zmianę kształtu menisku. Dodatkowymi zaletami rozwiązania są prosta i poglądowa konstrukcja, niezawodność działania oraz możliwość dokładnej obserwacji kształtu menisków za pomocą lupy.The main advantage of the solution according to the invention is the additional functionality that allows direct observation of the effect of a magnetic field with adjustable magnetic induction on the change in the shape of the meniscus. Additional advantages of the solution are a simple and illustrative design, operational reliability and the possibility of precise observation of the shape of the meniscus using a magnifying glass.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok przyrządu z boku, fig. 2 stanowi jego przekrój poprzeczny płaszczyzną pionową A-A, natomiast fig. 3 pokazuje widok przyrządu z góry.The subject of the invention is shown in an example embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a side view of the device, Fig. 2 is its cross-section with the vertical plane A-A, while Fig. 3 shows a top view of the device.

Przyrząd do badania kształtu menisku w polu magnetycznym składa się z szeregu jednakowych modułów, z których każdy zawiera pionową, przezroczystą, obustronnie zamkniętą kapilarę 1 wykonaną ze szkła i wypełnioną częściowo badaną cieczą 2, tworzącą menisk 3 w górnej części kapilary 1. Na środkowej części kapilary 1 jest osadzona też przezroczysta tulejka 4 z gwintem zewnętrznym, wykonana z poliwęglanu. Dolny koniec kapilary 1 jest zaopatrzony w cylindryczne pokrętło 5 z radełkowaną powierzchnią boczną, wykonane z tekstolitu. Górny koniec kapilary 1 z meniskiem 3 przechodzi przez otwór w dolnym nabiegunniku 6, połączonym z dolną powierzchnią magnesu trwałego 7, namagnesowanego w kierunku pionowym i wykonanego ze spieku żelaza, neodymu i boru, zaś górna powierzchnia tego magnesu jest połączona z górnym nabiegunnikiem 8, przy czym magnes 7 oraz nabiegunniki 6, 8 mają kształt prostopadłościanów. W górnym nabiegunniku 8 znajduje się nagwintowany otwór, współosiowy z kapilarą 1, w który jest wkręcona śruba 9, zakończona u góry radełkowanym łbem 10, a u dołu stożkiem ściętym 11. Nabiegunniki 6, 7 i śruba 9 są wykonane z permaloju. Tulejki 4 we wszystkich modułach są wkręcone w nagwintowane otwory poziomej listwy 12, przymocowanej do pionowej, prostokątnej płyty 13, do której są przymocowane również magnesy trwałe 7 i płyta 13 jest przymocowana od dołu do prostokątnej podstawy 14, przy czym cylindryczne pokrętło 5, listwa 12, płyta 13 i podstawa 14 są wykonane z tekstolitu. Naprzeciw każdego z menisków 3 jest przymocowana do listwy 12 lupa w postaci soczewki skupiającej 15, której ogniskowa jest dłuższa, niż odległość środka optycznego tej soczewki od menisku 3, zaś krawędzie boczne soczewki 15 mają kształt prostokąta.The device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field consists of a number of identical modules, each of which contains a vertical, transparent capillary 1 closed on both sides, made of glass and partially filled with the tested liquid 2, forming a meniscus 3 in the upper part of the capillary 1. A transparent sleeve 4 with an external thread, made of polycarbonate, is also mounted on the central part of the capillary 1. The lower end of the capillary 1 is provided with a cylindrical knob 5 with a knurled side surface, made of textolite. The upper end of the capillary 1 with the meniscus 3 passes through an opening in the lower pole piece 6, connected to the lower surface of a permanent magnet 7, magnetized in the vertical direction and made of iron, neodymium and boron sinter, and the upper surface of this magnet is connected to the upper pole piece 8, wherein the magnet 7 and the pole pieces 6, 8 have the shape of cuboids. In the upper pole piece 8 there is a threaded opening, coaxial with the capillary 1, into which a screw 9 is screwed, terminated at the top with a knurled head 10 and at the bottom with a truncated cone 11. The pole pieces 6, 7 and the screw 9 are made of permalloy. The sleeves 4 in all modules are screwed into threaded holes of a horizontal strip 12 attached to a vertical, rectangular plate 13, to which permanent magnets 7 are also attached, and the plate 13 is attached from below to a rectangular base 14, wherein the cylindrical knob 5, the strip 12, the plate 13 and the base 14 are made of textolite. Opposite each of the meniscuses 3, a magnifying glass in the form of a converging lens 15 is attached to the strip 12, the focal length of which is longer than the distance of the optical center of this lens from the meniscus 3, and the side edges of the lens 15 have a rectangular shape.

Zasada działania przyrządu do badania kształtu menisku w polu magnetycznym polega na tym, że magnes trwały 7 wraz nabiegunnikiem dolnym 6, nabiegunnikiem górnym 8 i śrubą 9 wytwarza pole magnetyczne w przestrzeni między otworem w dolnym nabiegunniku 6 i stożkowym końcem śruby 9. Pokręcając ręcznie łbem 10 śruby 9 zmienia się wartość i rozkład przestrzenny indukcji pola magnetycznego. Z kolei pokręcając ręcznie pokrętłem 5 wprowadza się górną część kapilary 1 z meniskiem 3 w wybrany fragment obszaru pola magnetycznego. Oddziaływanie tego pola z cieczą 2 powoduje zmianę kształtu menisku 3, którą obserwuje się za pomocą soczewki 15, działającej jako lupa. Wykonanie magnesu trwałego 7 z materiału magnetycznie twardego o dużej remanencji, korzystnie ze spieku żelaza neodymu i boru oraz nabiegunników 6, 8 i śruby 9 z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z permaloju, pozwala na zwiększenie wartości indukcji pola magnetycznego i skuteczne działanie przyrządu. Z kolei wykonanie listwy 12, płyty 13 i podstawy 14 z materiału nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, zapobiega niekorzystnemu rozpraszaniu pola magnetycznego przez te elementy.The principle of operation of the device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field is that a permanent magnet 7 together with a lower pole piece 6, an upper pole piece 8 and a screw 9 generate a magnetic field in the space between the hole in the lower pole piece 6 and the conical end of the screw 9. Manually turning the head 10 of the screw 9 changes the value and spatial distribution of the magnetic field induction. In turn, manually turning the knob 5 introduces the upper part of the capillary 1 with the meniscus 3 into the selected fragment of the magnetic field area. The interaction of this field with the liquid 2 causes a change in the shape of the meniscus 3, which is observed using a lens 15, acting as a magnifying glass. The permanent magnet 7 is made of a magnetically hard material with high remanence, preferably of a sintered neodymium iron and boron, and the pole pieces 6, 8 and the screw 9 are made of a magnetically soft material with high magnetic permeability, preferably of permalloy, which allows for an increase in the value of the magnetic field induction and effective operation of the device. In turn, the strip 12, plate 13 and base 14 are made of a non-ferromagnetic material, preferably of textolite, which prevents the unfavourable dispersion of the magnetic field by these elements.

Claims

1. A device for testing the shape of a meniscus in a magnetic field, having a number of identical modules, characterized in that each module comprises a vertical, transparent capillary (1) closed on both sides, partially filled with a tested liquid (2), forming a meniscus (3), in the upper part of the capillary (1) and on the central part of the capillary (1) a transparent sleeve (4) with an external thread is mounted, and furthermore the lower end of the capillary (1) is provided with a cylindrical knob (5) with a knurled side surface, and the upper end of the capillary (1) with the meniscus (3) passes through an opening in the lower pole piece (6), connected to the lower surface of a permanent magnet (7), magnetized in the vertical direction and made of a material with high remanence, and the upper surface of this magnet is connected to the upper pole piece (8), wherein the magnet (7) and the pole pieces (6), (8) have in the shape of cuboids, and in addition, in the upper pole piece (8) there is a threaded hole, coaxial with the capillary (1), into which a screw (9) is screwed, terminated at the top with a knurled head (10) and at the bottom with a truncated cone (11), and in addition, the pole pieces (6), (7) and the screw (9) are made of a magnetically soft material with high magnetic permeability, and in addition, the sleeves (4) in all modules are screwed into threaded holes of a horizontal strip (12), attached to a vertical, rectangular plate (13), to which permanent magnets (7) are also attached and the plate (13) is attached from below to a rectangular base (14), wherein the knob (5), the strip (12), the plate (13) and the base (14) are made of a non-ferromagnetic material, and in addition, opposite each of the meniscuses (3) there is attached to the strip (12) a magnifying glass in the form of a converging lens (15), the focal length of which is longer than the distance of the optical center of this lens from the meniscus (3).

2. A device according to claim 1, characterized in that the capillary (1) is made of glass.

3. A device according to claim 1, characterized in that the transparent sleeve (4) is made of polycarbonate.

4. A device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (7) is made of sintered iron, neodymium and boron.

5. A device according to claim 1, characterized in that the pole pieces (6), (7) and the screw (9) are made of permalloy.

PL 247123 Β1

6. A device according to claim 1, characterized in that the knob (5), the strip (12), the plate (13) and the base (14) are made of textolite.

7. A device according to claim 1, characterized in that the side edges of the lens (15) are rectangular in shape.